JPH0867960A - 耐久性に優れたハースロール - Google Patents
耐久性に優れたハースロールInfo
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Abstract
耐久性を向上させるために、耐剥離性、耐熱衝撃性に優
れたハースロールへの溶射皮膜用サーメット材を開発し
て、ビルドアップの発生しないハースロールを提供する
こと。 【構成】 Al含有量が10at% 以下、(Al+Cr)
含有量が13〜31at% であるMCrAlY(M:F
e、Ni、Co)耐熱合金に対し、従来から使用されて
いるAl2 O3 の代りに、MgO、Y2 O3 、MgAl
2 O4 の単独または複合酸化物粉末を混合したサーメッ
ト材をハースロールの表面に溶射することにより、従来
のハースロールに比べて皮膜の耐剥離性、耐熱衝撃性が
向上し、かつビルドアップ発生のない、耐用寿命の著し
く長いハースロールを提供する。
Description
用いられる鋼板などの搬送用ロールに関し、更に詳しく
はビルドアップの発生が少なく、かつ耐用寿命の増大し
た、連続焼鈍炉用に好適なハースロールに関する。
にハースロールを設置した連続焼鈍炉が使用されてい
る。したがってハースロールは600℃〜1200℃の
温度下、弱酸性または還元性雰囲気において、長時間連
続して高温の鋼板などを搬送しなければならない。この
ため、ロール表面は摩耗しやすく、鋼板などの表面に付
着した酸化物および鉄粉がロール表面に固着して、所謂
ビルドアップと称せられる付着物が形成される。
ール表面にセラミック皮膜を被覆したロールが提案され
ている(特開昭64−258)。この皮膜を形成したロ
ールではビルドアップの発生は大幅に抑制できるが、こ
のような皮膜は総じて脆く、熱衝撃により剥離を生じ易
い欠陥を有している。また特開昭60−14186に提
案されている耐熱合金皮膜は耐剥離性は優れているが、
ビルドアップ発生を抑制するためには満足できるもので
はない。更に剥離しにくく、かつビルドアップの発生し
にくい皮膜形成材料として下記に示す各種サーメット材
料が提案され、実用に供されている。 1)5〜20% Cr2 O3 ・Al2 O3 とCoNiC
rAlY溶射材料(特開平2−270955) 2)51〜95vol % Al2 O3 とMCrAlY(M
はFe、NiまたはCo)(特開昭63−19985) 3)30〜80% ZrSiO4 とMCrAlY(Mは
Fe、NiまたはCo)クロム酸化学緻密化処理
(特開昭63−47379) 4)40% SiO2 とMCrAlY(MはFe、Ni
またはCo)(特開昭62−54848) 5)Al2 O3 ・MgOを最上層とするAl2 O3 ・M
gO+結合金属の多層皮膜
(特開昭60−56058)
材によるハースロール皮膜が実用に供され、前項に述べ
たような従来からハースロールに要求されている課題の
多くは解決されている。しかしながら近年、従来の皮膜
の耐用寿命が大巾に低下していることが判明した。従っ
て本発明の目的はハースロール皮膜の耐用寿命の低下原
因を調査し、併せてこれらの対策を考案して従来から要
求されている耐剥離性に優れ、ビルドアップの抑制がで
き、かつ耐用寿命の長いハースロール皮膜を提供するこ
とである。
解決するためにまずハースロール耐用寿命の低下原因を
探求した。
あるマンガンが酸化マンガンと成り、鋼板表面に濃化
し、移送されてハースロール表面に堆積する。
熱合金が固相反応を起こしてハースロールの使用寿命が
低下した。
耐熱合金中に存在するAl2 O3 との反応であることが
判明した。そこで、耐熱合金皮膜中のAl2 O3 を極力
少なくするための研究を行い、Al含有量が10at% 以
下で、(Al+Cr)含有量が13at% 以上、かつ31
at%以下である一般式MCrAlY(MはFe、Niま
たはCo)耐熱合金に耐酸化マンガン反応性の低い酸化
物を重量比5〜90%混合してなるサーメット材料を所
期の目的に合う新規なサーメット材料として開発するこ
とができた。
3 粉末に代えて、これと似た性質を有すると考えらる別
の酸化物粉末として、Al(III 族、軽金属)と似てい
るが、酸化物が高温においてより安定しているMg(II
族、軽金属)およびY(III 族、希土類)を選出して、
それらの酸化物(MgO、Y2 O3 )の使用効果を検討
したところ好結果を得て本発明に到達した。
を調査した結果、皮膜表面からマンガン酸化物と被覆材
料との固相反応により生成した反応物が検出された。こ
の固相反応生成物に含有される大量のマンガン酸化物の
発生機構は次のように考えられる。
に保持された連続焼鈍炉内では、微量存在する水蒸気な
どにより酸化されて鋼板の表面に濃縮することが知られ
ている。またこのような鋼板の連続焼鈍工程では鋼板表
面に存在するマンガンは焼鈍炉内雰囲気では安定な酸化
物となって存在する。特に近年自動車用鋼板に代表され
る深絞り用極低炭素鋼板の開発に伴ない、鋼中のマンガ
ン含有量が高くなって行く傾向があり、このマンガンは
鋼板表面より炉内搬送ロールであるハースロールの表面
にマンガン酸化物として移行し、堆積する。
材料は模擬炉内雰囲気において、マンガン酸化物と接触
させて高温に保持すると、固相反応により比較的短期に
劣化することが判明した。すなわち上述のようなハース
ロールの耐用寿命の短縮原因は連続焼鈍工程における加
熱、高温保持工程などの高温環境下で、マンガン酸化物
とロール被覆材料との間に固相反応を生じた結果である
ことが確認された。
各種酸化物の酸化マンガンに対する反応を検討した結
果、実施例1および2に示すように、Al含有量が10
at% 以下、かつ(Al+Cr)含有量が13〜31at%
である低アルミ耐熱合金、並びにMgAl2 O4 、Mg
OおよびY2 O3 の粉末単体またはこれらの複合粉末が
酸化マンガンとの固相反応を大巾に抑制することがわか
った。
もとではAl2 O3 、Cr2 O3 などの酸化物は酸化マ
ンガンと固相反応を起こして、それぞれMnAl2 O
4 、Cr1.5 Mn1.5 O4 で示される高脆性複合酸化物
を生成するために、従来の溶射皮膜の耐用寿命が低下す
ることを見いだした。従って酸化マンガンによる侵食を
考慮すれば、耐熱合金のAl含有量が低いことが望まし
いが、酸化を阻止するためには素地耐熱合金相へのAl
の添加は必須であり、かつAl、Crの含有量が高けれ
ば高温酸化を抑制できるという矛盾が生じている。そこ
で本発明者は実施例1に示した各種の試験を行い、その
結果から判断して請求項1に示すように、耐熱合金中の
Al含有量を10at% 以下の適切な量とすれば上記の矛
盾が生じないことを見いだした。
膜の表面にアルミナが容易に生成されて酸化マンガンに
よる侵食が進むことが確かめられた。
的で、従来から添加されているAl2 O3 の代りに、酸
化マンガンと反応しにくい酸化物粉末を混合することに
着目して鋭意研究を重ねた結果、請求項2、3に示すマ
グネシア(MgO)およびマグネシアスピネル(MgA
l2 O4 )を見いだした。
果を有する請求項4に示すイットリア(Y2 O3 )系粉
末を使用した場合には緻密な溶射表面が得られることも
わかった。
4 )、マグネシア(MgO)およびイットリア(Y2 O
3 )のうちから選ばれる1種単独の粉末または2種以上
の混合粉末も酸化マグネシウムと同等の効果を有するこ
とが判明した。
合割合は重量比で5%以下では効果が小さく、90%以
上では溶射皮膜は脆弱で、剥離しやすい。よって請求項
1に示すように耐熱合金材に酸化物粉末を重量比5〜9
0%混合してなるサーメット溶射材料を用いることが必
要である。
明する。
3に示す3種類のMCrAl耐熱合金粉末に25wt% の
MnOを混合し、2%H2 +N2 雰囲気中1000℃、
100時間焼結した。次いでこれら焼結体を溶射材料と
して用い50×50×10mm厚のSUS304片の片面
に爆発溶射を行って試験片を作成した。研削仕上後、こ
れら試験片をMnO粉末と接触させながら、上述と同一
の熱処理条件で処理して供試試験片とした。次にこれら
供試試験片を樹脂に埋め込み、切断して、切断面を観察
し、EDX分析を行った。またMnOによる侵食状況を
調べるために、X線回折を行い、成分組成を固定して、
侵食の状況を判定した。これらの結果を総合して表1に
示す。
耐熱材料が、従来の耐熱材料よりMnOの侵食が少な
く、優れた材料であることがわかる。
酸化物粉末につき実施例1と同一条件、同一試験方法に
よりMnO侵食試験を行った。侵食状況の判定も実施例
1と同一である。これらの試験結果を総合して表2に示
す。Al2 O3 (No.4)、SiO2 (No.5)お
よびAl2 O3 含有量の多い酸化物複合体(No.1
2)粉末では、MnOによる侵食が大きく、Cr2 O3
(No.6)、Al2 O3 −Cr2 O3 (No.7)、
ZrSiO4 (No.8)は中程度であったが、本発明
によるY2 O3 (No.9)、MgAl2 O4 (No.
10)、MgO(No.11)およびNiCoCrAl
Y(3wt% Al)(No.13)ではMnOによる侵食
がほとんど認められなかった。またMnの侵食により発
生した侵食生成物中におけるMnの存在はMnOによる
侵食を裏付ける証拠であろう。
nOと反応しないことが明らかである。
る溶射材料と従来の溶射材料による溶射皮膜の比較を行
った。
の片面に表3に示す溶射材料を爆発溶射してコーティン
グを行った後、MnO粉末とFe粉末に接触させながら
2%H2 +N2 雰囲気中、800〜1000℃に加熱、
保温し、冷却後300時間大気中で暴露試験を行った。
また皮膜の耐熱衝撃性を評価するため、試験片を950
℃から水に急冷することを繰返すサイクル実験を行っ
た。
を用いて形成した溶射皮膜を持つハースロールは従来の
溶射材料を用いたものに比較してFe粉の付着がほとん
どなく、MnOによる侵食もなく、耐熱衝撃特性の優れ
たハースロールである。
にハースロールを設置した連続焼鈍炉が使用されてい
る。したがってハースロールは600℃〜1200℃の
温度下、弱酸化性または還元性雰囲気において、長時間
連続して高温の鋼板などを搬送しなければならない。こ
のため、ロール表面は摩耗しやすく、鋼板などの表面に
付着した酸化物および鉄粉がロール表面に固着して、所
謂ビルドアップと称せられる付着物が形成される。
ール表面にセラミック皮膜を被覆したロールが提案され
ている(特開昭64−258)。この皮膜を形成したロ
ールではビルドアップの発生は大幅に抑制できるが、こ
のような皮膜は総じて脆く、熱衝撃により剥離を生じ易
い欠陥を有している。また特開昭60−14861に提
案されている耐熱合金皮膜は耐剥離性は優れているが、
ビルドアップ発生を抑制するためには満足できるもので
はない。更に剥離しにくく、かつビルドアップの発生し
にくい皮膜形成材料として下記に示す各種サーメット材
料が提案され、実用に供されている。 1)5〜20% Cr2 O3 ・Al2 O3 とCoNiC
rAlY溶射材料(特開平2−270955) 2)51〜95vol % Al2 O3 とMCrAlY(M
はFe、NiまたはCo)(特開昭63−19985
7) 3)30〜80% ZrSiO4 とMCrAlY(Mは
Fe、NiまたはCo)クロム酸化学緻密化処理
(特開昭63−47379) 4)Al2 O3 ・MgOを最上層とするAl2 O3 ・M
gO+結合金属の多層皮膜
(特開昭60−56058)
耐熱合金の酸化膜中に存在するAl2 O3 およびCr2
O3 との反応であることが判明した。そこで、耐熱合金
皮膜中のAlを極力少なくするための研究を行い、Al
含有量が10at% 以下で、(Al+Cr)含有量が13
at% 以上、かつ31at%以下である一般式MCrAlY
(MはFe、NiまたはCo)耐熱合金に耐酸化マンガ
ン反応性の低い酸化物を重量比5〜90%混合してなる
サーメット材料を所期の目的に合う新規なサー
4に示す4種類のMCrAl耐熱合金粉末に25wt% の
MnOを混合し、2%H2 +N2 雰囲気中1000℃、
100時間焼結した。次にこれら供試試験片を樹脂に埋
め込み、切断して、切断面を観察し、EDX分析を行っ
た。またMnOとの反応を調べるために、X線回折を行
い、成分組成を同定して、反応の状況を判定した。これ
らの結果を総合して表1に示す。
耐熱材料が、従来の耐熱材料よりMnOとの反応性が低
く、優れた材料であることがわかる。
酸化物粉末につき実施例1と同一条件、同一試験方法に
よりMnO侵食試験を行った。侵食状況の判定も実施例
1と同一である。これらの試験結果を総合して表2に示
す。Al2 O3 (No.4)、SiO2 (No.5)お
よびAl2 O3 含有量の多い酸化物複合体(No.1
2)粉末では、MnOとの反応性が大きく、Cr2 O3
(No.6)、Al2 O3 −Cr2 O3 (No.7)、
ZrSiO4 (No.8)は中程度であったが、本発明
によるY2 O3 (No.9)、MgAl2 O4 (No.
10)、MgO(No.11)およびNiCoCrAl
Y(3wt% Al)(No.13)ではMnOとの反応が
ほとんど認められなかった。またMnOとの反応により
発生した反応生成物中におけるMnの存在はMnOによ
る侵食を裏付ける証拠であろう。
Claims (5)
- 【請求項1】 Al含有量が10at% 以下で、(Al+
Cr)含有量が13at% 以上かつ31at% 以下である一
般式MCrAlY(式中MはFe、NiおよびCoから
なる群より選ばれた少なくとも1種の金属元素)の耐熱
合金に対酸化マンガン反応性の低い酸化物を重量比5〜
90%混合してなるサーメット溶射材料を溶射して形成
した皮膜をロールの胴部表面に有してなることを特徴と
する連続焼鈍炉用の耐久性に優れたハースロール。 - 【請求項2】 前記対酸化マンガン低反応性酸化物がマ
グネシアスピネル(MgAl2 O4 )である請求項1記
載のハースロール。 - 【請求項3】 前記対酸化マンガン低反応性酸化物がマ
グネシア(MgO)である請求項1記載のハースロー
ル。 - 【請求項4】 前記対酸化マンガン低反応性酸化物がイ
ットリア(Y2 O3)である請求項1記載のハースロー
ル。 - 【請求項5】 前記対酸化マンガン低反応性酸化物がマ
グネシアスピネル(MgAl2 O4 )、マグネシア(M
gO)およびイットリア(Y2 O3 )からなる群より選
ばれた少なくとも2種を混合一体化した材料である請求
項1記載のハースロール。
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